筛选星际文明（一）

2015-09-10赵洋

科幻世界 2015年12期

赵洋

一、十万星系不见生机

SETI计划

半个多世纪以来，一些有着科幻头脑、相信外星人存在的天文学家自发地组织起来，开展了一个名为“搜索地外智慧文明”（简称SETI）的天文观测项目。SETI旨在寻找宇宙中的智慧文明。这些天文学家认为地外智慧文明会利用无线电甚至激光脉冲与外界沟通，它们或许正在尝试与其他星球上的文明取得联系。遗憾的是，迄今SETI项目并未寻获任何来自外星文明的信号。也许银河系中遍布简单生命体，但能与人类聊天的外星邻居却一个也没发现。

最新的研究成果表明，不仅是银河系内，在更广大的宇宙空间中，都可能只有人类这孤零零的一个智慧文明。一个由宾夕法尼亚州立大学的天文学家詹森·莱特领导的研究团队在观测了银河系附近10万个大质量星系后，得出结论：没有一个星系显现出存在发达科技文明的迹象。研究结果发布在《天体物理学》杂志增刊上，这也是迄今为止囊括星系数量最多的一次观测，类似的早期研究只涉及了100个星系。

在行星地球上，生命以微生物的形式诞生。然后，生命攀上演化阶梯，有了更大的身躯，拥有了复杂的神经系统，进而构建社会，最终拥有了前往其他行星甚至其他恒星的技术。既然这个过程能在地球上发生，那为什么不能在充满各个星系的数十亿个宜居行星上发生呢？

智慧生命一旦具备了进入太空的能力，若以每秒60千米的速度飞行，大概在5000万年内就能穿越银河系这样的星系（直径10万光年）。5000万年对于恒星和星系动辄数十亿年的时间尺度而言，只是短短一瞬。我们完全有理由相信，在宇宙诞生后近140亿年的漫长时光中，智慧生命早就把星系踏遍了。也许这些拥有航天能力的文明十分稀有且隔绝，但是只要有一个星际文明有意并且有能力对所在的星系进行改造，人类就有机会看见它们。如果观测的星系足够多，我们理应最终发现智慧加工的痕迹。然而，我们观测的星系越来越多，却只发现一切都是纯天然，这非常让人沮丧。

事实上，技术文明是比较容易被发现的。曾有两位美国天体物理学家在迪拜旅游时受到城市夜色的启发，提出了一个问题：用人类现有的望远镜，究竟能在多远的另一颗星球上看到地球上的一座大型城市？

他们的计算结果是，以日本东京为例，地球上一个城市夜晚的灯光可以一直传到太阳系的边缘。这个距离大约是从地球到冥王星距离的30倍。二人继而根据这一研究提出通过寻找太阳系内可能存在的其他“人造”灯光来寻找外星文明的设想。

那么现在的问题是，为何我们还没有发现地外智慧文明，特别是星际文明？

小词典：什么是星际文明？

实现了跨恒星往返飞行，在不止一个恒星的引力范围内有定居点，并对各个定居点实现有效治理的技术文明。

曾在20世纪90年代采用不同的方法探寻过100个邻近星系地外文明信号的詹姆斯·安尼斯怀疑，被称为“星际生命杀手”的伽马射线暴曾一度在宇宙中随处可见，这些致命射线摧毁并抑制了高级文明的发展。如今宇宙间的伽马射线暴有所平息，于是地球人类恰巧处于了智慧文明发展的“起点”之上。

可以想象，伽马射线暴不过是星际文明漫漫成长历程中要面临的障碍之一，类似的障碍还有许多。换句话说，在宇宙中的无生命物质和可持续扩散的文明之间有一个巨大的筛选机制，通过这个筛选极其困难。如同武侠小说里描绘的那样，一心向武的少年只是骨骼还不够清奇，还需有诸般奇遇方能成为大侠，一个文明也要克服重重困难、跨越道道阶梯才能成长为纵横星系舞台的角色。星际文明必须经历的种种历练，被科学家总结为“大过滤器”（The Great Filter）。

寻找地外生命

二、大过滤器理论

“大过滤器”这一概念，是美国乔治梅森大学的助理教授罗宾·汉森为了试图解答“费米-哈特悖论”而提出的。

1998年，罗宾·汉森在一篇文章中，把没有生命的荒芜之地发展到具有扩张性的星际文明的过程划分成9个阶段：

1.合适的行星系统（存在有机物以及生命宜居的行星）

2.可自我复制的分子（比如RNA核糖核酸）

3.简单（原核）单细胞生命

4.复杂（真核）单细胞生命

5.有性生殖

6.多细胞生命

7.脑量较大、使用工具的动物

8.人类目前这个阶段

9.星际殖民扩张

汉森认为，目力所及的宇宙寂寥无人的这一事实说明，上述9个阶段——或者可能被细分出的更多阶段——中，至少有一个阶段是难以实现的。无论是什么因素在哪个阶段阻止了星际殖民扩张的最终实现，它都被称为“大过滤器”。

根据大过滤器理论，一个物种要成长为星际文明，需要通过多种过滤器的检验。这些过滤器就像“筛子”一样，淘汰不合格的生命形态与社会形式。下面，我们将上述9个阶段划分为“环境”“生命”“文化”“科技”四个“筛子”，逐一进行解读。

小词典：费米-哈特悖论

根据人类目前掌握的科技知识以及历史经验推测，银河系应该早已充满了四处殖民的星际文明，然而不仅地球上找不到外星人曾经造访的证据，在望远镜里也瞥不见丝毫外星飞船或工程的影子——甚至连一个来自智慧文明的无线电信号都接收不到。

美国物理学家恩里科·费米在1950年的一次非正式讨论中指出了上述矛盾，认为这似乎有些不同寻常。宇宙已经有100多亿岁了，仅仅银河系内便有几千亿颗恒星，而孕育了我们的太阳仅仅是其中较为年轻的一颗。即便考虑了光速的有限性和文明兴衰的生命周期，这么长的时间里，宇宙间也应该有过无数星际文明次第兴灭，人类不该如此寂寞。1975年，美国天体物理学家麦克尔·哈特在论文中详细探讨了可能的解释。之后，这一问题通常被称为“费米-哈特悖论”。

三、合适的环境（环境筛）

生命宜居带

什么样的行星或卫星上有可能产生类似地球物种的生命呢？科学家提出了恒星周围“生命宜居带”的概念。所谓生命宜居带，就是指位于这个区域内的星球可以产生生命，并且能够长期维持生命的存在。在太阳系中，生命宜居带就位于距离太阳0.99～1.7个天文单位的宇宙空间。

一颗行星位于生命宜居带内，并不表明其上一定就有生命存在，还要满足一系列其他条件才行。首先，这颗行星上一定要有液态水，而且液态水是长时期稳定存在的。以地球为例，行星表面的水存在了数十亿年以上，才能保证生命诞生并演变为高等生命。一颗恒星周围的宜居带有内边界和外边界之分。如果超越内边界，行星过于接近恒星，表面温度就太高了，就像水星那样，不易保持液态水，更不利于生命发展;如果超过外边界，离恒星太远，温度就会太低，水处于冰冻的状态，生命就将无法存在和演化。

另一个要素就是行星本身的质量。如果行星距其太阳恰好是1个天文单位，则要求行星质量为相当于地球的0.5～10倍个地球质量。如果质量太小，行星的引力就不足以保持维系生命存在的大气，也就没有了保护生命免遭致命辐射伤害的保护层;质量太大，又容易吸引氢，从而形成木星、土星那样的气态行星，使生命难以生存。

开普勒太空望远镜发现的生命宜居带行星

广义的生命宜居带还涉及恒星在星系中的位置。比如，这颗恒星不能靠近一些太大的恒星，因为大质量恒星演化到最后阶段会发生剧烈的爆炸（新星和超新星爆发），产生强烈的辐射，不利于生命生存。因此，恒星在其星系中的位置也要恰到好处，就如我们的太阳在银河系的位置。

绿色区域为恒星周围的生命宜居带

过去二十年间，天文学家共发现几千颗太阳系外行星。不过，绝大多数已证实的系外行星都属于木星这样的巨型气态行星，或者是温度极高、轨道距离母星很近的行星。也就是说，在这些星球上发现生命的可能性非常渺茫。

尽管如此，科学家根据观测结果推算，银河系几乎每颗恒星都有一颗行星环绕，所以整个银河系约有1000亿颗行星，其中，大约有17%——多达170亿颗——是大小与地球类似的行星。那么，这些行星中位于生命宜居带的又有多少呢？答案是约10亿颗。

科学家在搜索地外生命时，多以液态水和有机物的存在作为外星生命存在的前提条件。有人批评说，这样以地球生物为蓝本的先入为主的观点阻碍了对外星生命的探索，例如在远离恒星的生命宜居带之外，可能存在通过地热等方式维持地下的生物圈;也有生物能够在高砷低磷的环境下存活，这说明生物组成“必备”的六大基本元素碳、氢、氧、氮、磷、硫，可能不是必需的。除了碳基生命之外，科学家还认为，外星生命也可能以硅基、硫基、氨基等生命形态存在。所以，如果下一部《异形》系列影片中出现了在气态行星的大气层中飞翔的水母状氨基生物，请不要大惊小怪。

生命摇篮本身

根据地球的经验外推，生命很有可能出现在围绕恒星运转的行星上。如果行星的卫星条件适宜，卫星也是不错的生命温床。无论是行星还是卫星，下面这些小过滤器决定了生命能否在上面进化为星际文明。

地质活动。生命出现后，星球上不宜再有频繁的地质活动。类似木卫一这样的大卫星，受木星强大引力的牵扯，产生了太阳系最活跃的火山，显然不适合生命的发展。

冰期。对于地球这样表面富含水分的星球，只有融化的水才能成为生命活动的溶质。在40多亿年的地质历史中，曾出现过多次显著降温变冷的时期，也就是冰期。前寒武纪晚期、石炭纪至二叠纪和新生代的冰期，都是持续数百万年的大冰期。冰期改变了全球气候带的分布，导致大量喜暖性动植物种灭绝。对于目前的人类而言，遭遇冰期也是灾难性的，靠天吃饭的农业会被彻底摧毁。

太阳系位于在银河系的生命宜居带中

磁极倒转。地磁场包围着整个地球，就像一把巨伞，保护着地球上的生物免受宇宙射线的伤害。根据各年代岩石磁化的方向，可以推测出地球曾经多次发生磁极倒转。过去1.6亿年间，每百万年磁极有2至6次的倒转，但间隔不等。如果磁极倒转，地球会有一段时间完全没有磁场，这时的地球将完全暴露在宇宙射线辐射下，这将会对生命产生致命影响。部分动物会失去定向能力导致灭绝，生态系统破坏。而且，太阳风中的带电粒子不再有地磁场阻挡，会强烈冲击电离层，引起电离层暴，对无线电通信、卫星、航天设备造成损害。如果在下次磁极倒转前，人类有能力抵御上述不良影响，则有可能成长为星际文明，否则，将被禁锢在地球上。

自然资源。人类使用的所有资源几乎都取自地球本身，即便是太阳能也大量以化石能源和风能等形式存在。所以，一颗星球上的资源如果无法支持文明扩张到另一资源地，那么这个文明自然没有可能进化为星际文明。

合适的星球跳板

月球以柔和的引力（大约1.98x1020牛顿）轻轻牵扯着地球。地球上直接朝向或背向月球的区域被这个力拉起来。如果这个区域是海洋，就会形成潮汐。地球每自转一周，都要有两次潮涨潮落。月潮把富含有机物的海水带到陆地边缘。在远古的海陆交界处，一些喜氧生物顽强地生存下来，成了最早的陆地生物。四亿年前的一天，一条长相古怪的鱼被潮水留在岸上，它拼命地张着鳃，扭动着身体，终于跳回了海洋。后来，它的后代渐渐能适应了短暂的陆地生活，直到有一天它们深入岸上太远，以致无法返回海洋。这些早期的两栖动物，就是包括人类在内的所有陆生脊椎动物的直系祖先。

可以说，月球直接促成了生命从海洋到陆地的发展。月球还是科学发展的天然实验工具。很早以前，古希腊人就从月球的形状出发推测出脚下的大地是球形的。

1609年12月的一个夜晚，伽利略把自制的望远镜对准月球，惊奇地发现月球的表面凹凸不平，根本不像大家公认的“天体都是完美无缺的”。作为一个坚定的哥白尼学说的信徒，伽利略在不知不觉中从他所观察到的月球阴影区内的亮点和黑斑中，得出了有关月球表面情况的结论。他设想，月球的表面与地球的表面是相似的。因为他通过新发明的望远镜注视月球时，他“看到了”与地球上类似的情况。天和地是统一的，这一发现给了他驳斥旧学说的勇气。

60年后，牛顿提出万有引力定律时，月球同样帮了大忙，为了验证自己关于“引力随距离的平方而减小”的想法，他只能从天体的运动中寻求支持。无疑，只有月球能担此重任。当地月距离和月球公转周期被精确测定后，万有引力理论被证明是正确的。万一地球没有月球这个邻居，在当时的条件下，牛顿没任何办法验证自己理论的正确性，科学的发展可能会延迟许多年。

又过了两个半世纪，月亮帮忙验证了另一位科学巨人的理论，并使之扬名天下。这个人比牛顿走得更远，他就是爱因斯坦。在1919年5月29日普林西比岛发生的日全食中观测到遥远星光经过太阳时发生了偏转，广义相对论指出的空间弯曲确有其事。全世界为之轰动。要是月球的大小不足以恰好遮住太阳，任何掠过太阳的星光都将不可分辨。从这一点上看，拥有这样的卫星真是科学的福音。

一颗远近适度的卫星还能召唤文明走出摇篮，迈向星际。中国古代就有嫦娥奔月的神话，科学先驱开普勒、伽利略也把月球设想为人类飞天的第一站。月球既不远得难以到达，也不近得一蹴而就，它只等待那些科技水平足够高的智慧生命来触摸自己。就像阿瑟·克拉克在科幻小说《岗哨》中说的那样：“只有当穿越太空，逃离人的摇篮地球，以此证明自己适合于生存下去的时候，星际文明才会对我们的文明感兴趣。”登月的成功使人类对自身的力量有了新的认识。如果月球不存在，面对茫茫繁星，人类敢于贸然登临遥远的火星或金星吗？也许不会。月球以及火星是地球人迈向星际的跳板，是通向宇宙的桥梁。通过登陆这些星球并尝试在上面生活，文明可以实现星际航行的技术积累。

如果没有月球，地球上不会存在我们熟悉的生命形式。或者，陆地永远是蛮荒之地。受水的粘滞力所限，海洋生物即使有智慧，也无法产生像我们一样的工业文明。他们可能构成有组织的社会，但没有可以建造房屋与工具的肢体。

甚至，地球上也许永远进化不出智慧生命：陨星时不时地给地球以致命一击，生命的链条还没延伸到文明阶段就断裂了。或者，随着地轴频繁摆动，大海不时被冻成大冰坨……可能存在着的动物为了适应漆黑的夜晚都长着可以看见红外线的眼睛……